橋梁結構損傷診斷和加固研究進展
2015-05-22
1. 前言
1.1 國內外運營橋梁現(xiàn)狀
隨著現(xiàn)代理論研究的不斷深入，以及建橋技術的成熟和完善，各種新材料、新工藝修建的拱式橋層出不窮，但隨著時間的推移，任何公路橋梁最終都將成為舊橋;經(jīng)過長期使用的結構難免也會因各種原因使結構發(fā)生各種各樣的損傷，存在不同程度的病害和缺陷。需要維修、加固和改造。
1.2 橋梁結構損傷的類型和方式
橋梁結構中的損傷，主要是由于材料中損傷的累積而造成的。按照結構損傷的成因來分類，可分為應力(應變)損傷和腐蝕損傷。應力(應變)損傷是結構中應力或者應變集中引起的局部材料損傷及其累積;而腐蝕損傷也即環(huán)境損傷是由于不利環(huán)境(海洋性空氣濕度、工業(yè)鹽環(huán)境、環(huán)境污染、酸雨、含硫很多的介質等)造成的構件表面受到侵蝕、材料劣化、局部產生缺陷、承載面積減小。上述兩類損傷，后者的成因是化學的，前者的成因是力學的，是損傷討論的重點。
2. 橋梁損傷診斷的方法
2.1 動力指紋分析法
動力指紋是指從動力測試中獲取的含有結構特性信息的動力響應及其衍生物理量。結構一旦發(fā)生損傷，其結構參數(shù)，如剛度、質量、阻尼等會發(fā)生改變，從而導致相應的動力指紋的變化。動力指紋損傷診斷法的基本思想是尋找與結構動力特性相關的動力指紋，通過分析與結構動力特性相關的動力指紋變化來診斷結構的損傷狀況。
2.2 模型修正法
模型修正法的基本思想是使用動力測試資料，如模態(tài)參數(shù)、加速度時程數(shù)據(jù)、頻率響應函數(shù)等，通過條件優(yōu)化約束，不斷地修正模型中的剛度分布，使其響應盡可能地接近由測試得到的結構實際的動態(tài)響應，最終實現(xiàn)結構的損傷判別與定位。
2.3 遺傳算法
遺傳算法對其目標函數(shù)既不要求連續(xù)，也不要求可微，僅要求可以計算，對約束條件也無任何限制，而且它的搜索始終遍及整個解空間，容易得到全局最優(yōu)解，對線性問題和非線性問題同樣有效。遺傳算法應用于橋梁結構損傷診斷時，在測試獲取信息不多的情況下，能迅速判定損傷位置和程度，即使模態(tài)信息部分丟失時，遺傳算法尋優(yōu)能力絲毫不受影響。
3. 橋梁加固方法技術探討
3.1舊橋上部結構加固，改造技術和方法
3.1.1橋面補強加固法
根據(jù)橋梁的具體情況，采用不同的加固方法，對于使用年限長、破損嚴重的采用拆除、修復的加固方案;改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達到提高橋梁的承載能力的目的。具體做法:(1)清縫、灌環(huán)氧樹脂漿;(2)灑粘層瀝青;(3)鋪裝3cm厚AM一10改性瀝青碎石層。
3.1.2 上部結構加固方法
根據(jù)不同的橋梁結構形式分別采取相應的加固方法，應做到對癥下藥。提高舊拱肋的剛度、強度和及抗彎剛度和荷載等級的有效措施，并力圖限制或減小主拱肋的繼續(xù)變形，使得維修加固后得舊拱橋可繼續(xù)使用;設計施工的要點盡量使加固構件受力，并與原拱橋構件形成總體聯(lián)結，從而提高橋梁的承載能力的一種加固方法。
3.2舊橋下部結構加固，改造技術與方法
橋梁下部構造的承載能力及能否正常使用，不僅與墩臺本身的完好程度有關，而且往往涉及到基底土質與水文等諸多因素，尤其是基礎部分，因為是隱蔽工程，多數(shù)處于水下，所以比較難以觀察和判斷。所以，在針對具體的舊橋下部構造實施加固改造前，首先應在對現(xiàn)場檢測資料分析與判斷的基礎上，確定下部構造是否具有加固改造的價值，然后從加固技術和施工工藝上分析能否實現(xiàn)加固改造目的。
3.3某橋維修與加固設計案例
3.3.1橋梁概況
該橋全長為201.17米，橋面凈寬24米。橋梁上部構造為9―20米的預應力混凝土空心板、橋面連續(xù)；橋梁下部構造為U型橋臺、柱式墩，灌注樁及擴大基礎。
現(xiàn)在本橋部分蓋梁混凝土剝落、有裂紋、水侵現(xiàn)象；橋墩長期遭受河水沖刷 ，全橋共計42個樁頭外露，占全橋橋墩總樁頭的87.5%，個別樁頭混凝土碳化、脫落現(xiàn)象較為嚴重，鋼筋外露銹蝕，其中6#墩多數(shù)樁頭外露長度均超過2.5米，橋板底部出現(xiàn)大量縱、橫向裂縫，而且存在泛白、銹跡等現(xiàn)象;伸縮縫膠條破損，不及時修復將給行車帶來極大安全隱患。
3.3.2 加固維修要點
根據(jù)橋梁現(xiàn)場質量檢查結果，以及對加固維修工程技術經(jīng)濟的比較分析，同時結合該橋的實際情況確定維修加固方案：
?。ㄒ唬额^外露處理：清理并清除樁外露雜質及破損，對于加固范圍內光滑表面進行鑿毛，架設模板，用C35砼進行澆注，澆注砼厚度15cm，內設一層鋼筋網(wǎng)。
（二）、對蓋梁混凝土剝落現(xiàn)象采用鋼筋除銹后用混凝土重新進行修補。
?。ㄈ┌宓琢芽p處理：針對外夾河橋裂縫病害，采用粘貼碳纖維布進行承載力加固。
1）、在施工時應對主板進行裂縫復查，對寬度小于0.2mm的裂縫，則采用環(huán)氧膠泥進行表口封閉處理，待環(huán)氧膠泥強度達到固化強度的100％時，粘貼碳纖維布；對裂縫寬度達到或超過0.2mm的裂縫，則采用壓力灌漿法進行灌漿處理。
2）、對鋼筋銹蝕、保護層脹裂脫落部位采用環(huán)氧砂漿進行修補。
